CN106630724A - 一种抗裂型石灰石粉复合掺合料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种抗裂型石灰石粉复合掺合料及其制备方法，该掺合料按质量份计，包括石灰石粉:60‑70份；粉煤灰:28‑40份；聚丙烯纤维：1‑2份；三乙醇胺:0.1‑0.2份。所述的抗裂型石灰石粉复合掺合料在保证混凝土工作性能和力学性能的基础上，能够降低混凝土的收缩，提高混凝土的抗开裂性能，有利于提高石灰石粉混凝土的耐久性，扩大石灰石粉在混凝土中的应用。
Description
技术领域
本发明属于混凝土领域，具体涉及一种抗裂型石灰石粉复合掺合料及其制备方法。
背景技术
随着大规模的基础设施建设持续进行，混凝土工程建设过程中开采骨料破碎产生了大量石粉，这些石粉如得不到较好的应用将造成严重的环境负担及资源浪费。
石灰石分布广泛，储量丰富，故骨料开采过程中将产生大量的石灰石粉，将石灰石粉作为混凝土矿物掺合料使用不仅符合国家提倡的绿色混凝土，带来较大的社会经济效益；还可以解决因地域或资源短缺传统矿物掺合料(如粉煤灰和矿粉)难以供给的问题。
相比于来自工业废渣的矿物掺合料，石灰石粉具有量大面广、价格低廉、运输半径小等优点。近年来，我国已出台多部关于石灰石粉在混凝土中使用的标准规范；在欧洲标准ENV 197-1992中，石灰石粉代替普通硅酸盐水泥，其掺量为5％-9％和20％-36％；美国也开始重视石灰石粉的使用。
国内外学者针对石灰石粉混凝土做了大量的研究，指出石灰石粉能提高混凝土的早期强度，增加混凝土的流动性，但随石灰石粉掺量的增大，混凝土的抗裂性呈现先增大后减小的变化规律，达到峰值时石灰石粉的掺量值范围为10％-20％，因此石灰石粉掺量小于10％时导致水泥基胶凝材料收缩，其抗开裂性能降低。
综上，使用目前规范内规定掺量的石灰石粉将导致混凝土的抗裂性能降低，为了提高石灰石粉混凝土的抗裂性能，有必要发明一种抗裂型石灰石粉复合掺合料。
现有技术中有一些提高抗裂性能的方法，虽然能起到一定防开裂的效果，但是会在一定程度上影响混凝土的工作性能和力学性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种降低混凝土配制成本，满足混凝土的工作性能、力学性能和耐久性能的同时，提高混凝土的抗开裂性能，扩大石灰石粉在混凝土中应用的抗裂型石灰石粉复合掺合料。
本发明的另一目的在于提供一种制备方法简单，制备得到的石灰石粉复合掺合料具有优异的抗收缩、抗开裂性能以及抗压强度的抗裂型石灰石粉复合掺合料的制备方法。
为了达到上述目的，本发明的技术方案为：该掺合料按质量份计，包括石灰石粉:60-70份；粉煤灰:28-40份；聚丙烯纤维：1-2份；三乙醇胺:0.1-0.2份。
优选的方案中，所述石灰石粉的勃氏比表面积为350-400m2/kg。
优选的方案中，所述石灰石粉中CaCO3的重量百分比含量不低于85％。
优选的方案中，使用粉煤灰为I级粉煤灰或II级粉煤灰。
特别优选为I级粉煤灰。
优选的方案中，所述粉煤灰符合规范GB/T 1596-2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》的规定。
优选的方案中，所述聚丙烯纤维的单丝直径为25-35μm。
优选的方案中，所述聚丙烯纤维的长径比大于35。
优选的方案中，所述聚丙烯纤维的弹性模量大于35GPa。
优选的方案中，所述聚丙烯纤维的断裂伸长率不小于20％。
优选的方案中，所述三乙醇胺的性能符合HG/T3268-2002《工业用三乙醇胺》中II型三乙醇胺产品的规定。
优选的方案中，所述三乙醇胺的有效成分大于80％。
通过上述方案的优选，能够进一步获得更佳的综合性能，在保证工作性能和力学强度的基础上，获得更好的防开裂和防干缩效果。
本发明还提供了一种抗裂型石灰石粉复合掺合料的制备方法，将石灰石粉、粉煤灰、聚丙烯纤维和三乙醇胺混合，搅拌均匀后得到抗裂型石灰石粉复合掺合料。
本发明的有益效果：
虽然聚丙烯纤维能在一定程度上提高早期的防开裂性能，但是发明人发现，现有的含聚丙烯纤维的掺合料的组合同样会导致后期防开裂性能不佳以及工作性能和其他力学性能大大降低等情况的出现。对此，发明人经过大量的实验探索，不断的优化掺合料的配合以及配比，最终得到了本发明的技术方案。
发明人意外地发现，本发明提供的抗裂型石灰石粉复合掺合料与现有利用石灰石粉掺合料技术相比，具有如下优点：1)可提高混凝土的抗开裂性能。本发明一方面起到次要增强筋的作用，抵消了一部分由于浆体自身收缩产生的拉应力，从而抑制了硬化浆体的干燥收缩；另一方面减小了失水面积，从而减少失水而形成的毛细通道，最终减少干燥收缩。聚丙烯纤维对水泥混凝土的约束力能够加强限制其干燥收缩开裂。本发明不仅可以显著降低用水量，密实混凝土结构，有效抑制混凝土的干缩，减少混凝土表面裂缝的出现；且能够分散和减弱混凝土结构内部产生的各种拉应力，增大混凝土的抗拉强度，增强混凝土抵抗塑性收缩开裂的能力，降低裂缝尖端的应力集中现象，从而抑制裂缝的发展。2)提高混凝土的工作性能。本发明能够从复合掺合料置换出一部分水，增大混凝土流动性；且同时具有较好的泵送性，在减少用水量的情况下，混凝土有较好的流动性和粘聚性，降低泌水离析及坍落度损失；能够在一定程度上阻止集料的沉降，改善混凝土的离析、泌水性，从而提高混凝土的工作性能。3)保证混凝土的强度性能。本发明还能够促进水泥早期水化，提高混凝土早期强度，有利于混凝土早期强度发展。二次水化作用的产生，还能够进一步保证混凝土后期强度的发展，从而同时保证混凝土的早期和后期强度良好。
本发明中使用的原料虽然较为常规，但通过各个组分及其含量控制的协同配合，获得了意料之外的在保证混凝土工作性能和力学性能的基础上，降低混凝土的收缩，提高混凝土的抗开裂性能，从而进一步提高石灰石粉混凝土的耐久性的优异效果。
本发明能够有效利用生产砂石过程中产生的石灰石粉，所制备得到的掺合料能够取代部分水泥。且本发明的制备方法简单，仅需简单的混合均匀就能够直接掺入使用，制备方法简单，从很大程度上降低了混凝土的生产制备成本，具有非常重要的社会价值，能够带来巨大的经济效益。
本发明的抗裂型石灰石粉复合掺合料具有非常好的综合效果，不仅能够很好地保障混凝土工作性能和力学性能，且不仅在混凝土的早期，后期的抗压强度和防开裂性能也非常好。
具体实施方式
下面通过实施例进一步详细描述本发明，但本发明不仅仅局限于以下实施例。
对比例1
一种石灰石粉复合掺合料各组分的重量百分比为：勃氏比表面积为350m2/kg的石灰石粉70％；0.045mm方孔筛筛余为10％的I级粉煤灰28.85％；单丝直径27-32μm，长径比40，密度0.91g/cm3，弹性模量40GPa，断裂伸长率30％的聚丙烯纤维1.15％，将称好的石灰石粉、粉煤灰、聚丙烯纤维在搅拌机中混合均匀后得到一种石灰石粉复合掺合料I。
对比例2
一种石灰石粉复合掺合料各组分的重量百分比为：勃氏比表面积为350m2/kg的石灰石粉70％；0.045mm方孔筛筛余为10％的I级粉煤灰29.85％；三乙醇胺0.15％，将称好的石灰石粉、粉煤灰、三乙醇胺在搅拌机中混合均匀后得到一种石灰石粉复合掺合料II。
采用石灰石粉复合掺合料1和2配制混凝土，配合比见表1所示，混凝土的性能如表2和表3所示。
配制混凝土原材料为：水泥采用42.5普通硅酸盐水泥，细骨料采用细度模数2.6的河砂，粗骨料采用5-25mm连续级配的碎石，减水剂采用固含量15％的聚羧酸减水剂，水采用自来水。
表1 混凝土配合比(kg/m3)
| 编号 | 水泥 | 掺合料I | 掺合料II | 石灰石粉 | 砂 | 石 | 水 | 减水剂 |
| C0 | 485 | 610 | 1135 | 170 | 7 | |||
| CL10 | 436.5 | 48.5 | 610 | 1135 | 170 | 7 | ||
| CLI-10 | 436.5 | 48.5 | 610 | 1135 | 170 | 7 | ||
| CLII-10 | 436.5 | 48.5 | 610 | 1135 | 170 | 7 |
表2 混凝土工作性能和力学性能
表3 混凝土抗收缩开裂性能
由表2和表3可知，与单掺石灰石粉混凝土相比，石灰石粉与粉煤灰、纤维复掺能在一定程度上改善石灰石粉混凝土的抗干缩性能，但是其强度发展较慢，早期抗开裂的性能改善不佳；而石灰石粉与粉煤灰、三乙醇胺复掺能改善石灰石粉混凝土的工作性能，提高混凝土的强度性能，但是抗干缩性能太差。由此可知，聚丙烯纤维和三乙醇胺单独掺入石灰石粉混凝土中都不能很好地改善其抗开裂性能。
实施例1
一种抗裂型石灰石粉复合掺合料各组分的重量百分比为：勃氏比表面积为350m2/kg的石灰石粉70％；0.045mm方孔筛筛余为10％的I级粉煤灰28.85％；单丝直径27-32μm，长径比40，密度0.91g/cm3，弹性模量40GPa，断裂伸长率30％的聚丙烯纤维1％，三乙醇胺0.15％。将称好的石灰石粉、粉煤灰、聚丙烯纤维和三乙醇胺在搅拌机中混合均匀后得到抗裂型石灰石粉复合掺合料III。
采用抗裂型石灰石粉复合掺合料III配制混凝土，配合比见表4所示，混凝土的性能如表5和表6所示。
配制混凝土原材料为：水泥采用42.5普通硅酸盐水泥，细骨料采用细度模数2.6的河砂，粗骨料采用5-25mm连续级配的碎石，减水剂采用固含量15％的聚羧酸减水剂，水采用自来水。
表4 混凝土配合比(kg/m3)
| 编号 | 水泥 | 掺合料III | 石灰石粉 | 砂 | 石 | 水 | 减水剂 |
| C0 | 485 | 610 | 1135 | 170 | 7 | ||
| CL10 | 436.5 | 48.5 | 610 | 1135 | 170 | 7 | |
| CLIII-10 | 436.5 | 48.5 | 610 | 1135 | 170 | 7 | |
| CLIII-15 | 412.25 | 72.75 | 610 | 1135 | 170 | 7 | |
| CLIII-20 | 388 | 97 | 610 | 1135 | 170 | 7 |
表5 混凝土工作性能和力学性能
由表5可知，与单掺石灰石粉混凝土相比，掺入抗裂型石灰石粉复合掺合料提高了混凝土的坍落度，增大了混凝土的早期和后期的抗压强度，抗裂型石灰石粉复合掺合料能改善混凝土的工作性能，保证混凝土的强度性能。
表6 混凝土抗收缩开裂性能
由表6可知，抗裂型石灰石粉复合掺合料提高了混凝土的抗干缩性能，改善了混凝土的抗开裂性能，在保证混凝土的工作和强度性能的前提下，改善了石灰石粉混凝土的抗开裂性能的不足。
对比例3
一种石灰石粉复合掺合料各组分的重量百分比为：勃氏比表面积为350m2/kg的石灰石粉70％；0.045mm方孔筛筛余为10％的I级粉煤灰26.7％；单丝直径27-32μm，长径比40，密度0.91g/cm3，弹性模量40GPa，断裂伸长率30％的聚丙烯纤维3％，三乙醇胺0.3％。将称好的石灰石粉、粉煤灰、聚丙烯纤维和三乙醇胺在搅拌机中混合均匀后得到石灰石粉复合掺合料IV。
对比例4
一种石灰石粉复合掺合料各组分的重量百分比为：勃氏比表面积为350m2/kg的石灰石粉70％；0.045mm方孔筛筛余为10％的I级粉煤灰29.45％；单丝直径27-32μm，长径比40，密度0.91g/cm3，弹性模量40GPa，断裂伸长率30％的聚丙烯纤维0.5％，三乙醇胺0.05％。将称好的石灰石粉、粉煤灰、聚丙烯纤维和三乙醇胺在搅拌机中混合均匀后得到石灰石粉复合掺合料V。
采用石灰石粉复合掺合料IV和V配制混凝土，配合比见表7所示，混凝土的性能如表8和表9所示。
配制混凝土原材料为：水泥采用42.5普通硅酸盐水泥，细骨料采用细度模数2.6的河砂，粗骨料采用5-25mm连续级配的碎石，减水剂采用固含量15％的聚羧酸减水剂，水采用自来水。
表7 混凝土配合比(kg/m3)
| 编号 | 水泥 | 掺合料IV | 掺合料V | 石灰石粉 | 砂 | 石 | 水 | 减水剂 |
| C0 | 485 | 610 | 1135 | 170 | 7 | |||
| CL10 | 436.5 | 48.5 | 610 | 1135 | 170 | 7 | ||
| CLIV-10 | 436.5 | 48.5 | 610 | 1135 | 170 | 7 | ||
| CLV-10 | 436.5 | 48.5 | 610 | 1135 | 170 | 7 |
表8 混凝土工作性能和力学性能
表9 混凝土抗收缩开裂性能
分析表8和表9的数据，结合表5和表6可知，增大或减小聚丙烯纤维及三乙醇胺的比例都不能很好地改善石灰石粉混凝土的抗开裂性能，只有掺入适当掺量的聚丙烯纤维及三乙醇胺才能有效地提高石灰石粉混凝土的抗开裂性能。
掺入过多的聚丙烯纤维将导致混凝土中缺陷增多，形成一些孔洞，且纤维不能够实现均匀分布，从而容易在混凝土中形成一些薄弱点，导致纤维不能较好发挥它的作用，改善混凝土干燥收缩效果也有所降低。
实施例2
一种抗裂型石灰石粉复合掺合料各组分的重量百分比为：勃氏比表面积为350m2/kg的石灰石粉65％；0.045mm方孔筛筛余为17％的II级粉煤灰33.3％；单丝直径27-32μm，长径比40，密度0.91g/cm3，弹性模量40GPa，断裂伸长率30％的聚丙烯纤维1.5％，三乙醇胺0.2％。将称好的石灰石粉、粉煤灰、聚丙烯纤维和三乙醇胺在搅拌机中混合均匀后得到抗裂型石灰石粉复合掺合料VI。
使用抗裂型石灰石粉复合掺合料VI配制混凝土，配合比见表10所示，混凝土的性能如表11和表12所示。
配制混凝土原材料为：水泥采用42.5普通硅酸盐水泥，细骨料采用细度模数2.6的河砂，粗骨料采用5-25mm连续级配的碎石，减水剂采用固含量15％的聚羧酸减水剂，水采用自来水。
表10 混凝土配合比(kg/m3)
| 编号 | 水泥 | 掺合料VI | 石灰石粉 | 砂 | 石 | 水 | 减水剂 |
| C0 | 485 | 610 | 1135 | 170 | 7 | ||
| CL10 | 436.5 | 48.5 | 610 | 1135 | 170 | 7 | |
| CLVI-10 | 436.5 | 48.5 | 610 | 1135 | 170 | 7 | |
| CLVI-15 | 412.25 | 72.75 | 610 | 1135 | 170 | 7 | |
| CLVI-20 | 388 | 97 | 610 | 1135 | 170 | 7 |
表11 混凝土工作性能和力学性能
表12 混凝土抗收缩开裂性能
由表11和表12可知，采用II级粉煤灰配制的抗裂型石灰石粉混凝土也能使得混凝土具有良好的工作性能和强度性能，且其抗干缩性能优越，抗开裂性能强，但与用I级粉煤灰配制的抗裂型石灰石粉复合掺合料相比，其提高石灰石粉混凝土的抗开裂性能效果较差。
由此可知，按照石灰石粉:60-70％；粉煤灰:28-40％；聚丙烯纤维：1-2％；三乙醇胺:0.1-0.2％配制的抗裂型石灰石粉混凝土能使得混凝土具有良好的工作性能和强度性能，且其抗干缩性能优越，抗开裂性能强，在保证工作和强度性能的前提下，能够很好地解决石灰石粉混凝土的抗开裂性能的不足，特别是对于碾压混凝土结构耐久性有着较大意义。
对比例5
除了将聚丙烯纤维改为钢纤维外，按照实施例1的方案配制掺合料VII。配合比见表13所示，混凝土的干缩性能如表14所示。可以看出，与聚丙烯纤维相比，钢纤维对于石灰石粉混凝土的早期干缩的预防效果明显不足。
表13 混凝土配合比(kg/m3)
| 编号 | 水泥 | 掺合料III | 掺合料VII | 石灰石粉 | 砂 | 石 | 水 | 减水剂 |
| C0 | 485 | 610 | 1135 | 170 | 7 | |||
| CL10 | 436.5 | 48.5 | 610 | 1135 | 170 | 7 | ||
| CLIII-10 | 436.5 | 48.5 | 610 | 1135 | 170 | 7 | ||
| CLVII-10 | 436.5 | 48.5 | 610 | 1135 | 170 | 7 |
表14 混凝土抗收缩开裂性能
Claims (10)
1.一种抗裂型石灰石粉复合掺合料，其特征在于，该掺合料按质量份计，包括石灰石粉:60-70份；粉煤灰:28-40份；聚丙烯纤维：1-2份；三乙醇胺:0.1-0.2份。
2.根据权利要求1所述的抗裂型石灰石粉复合掺合料，其特征在于，所述石灰石粉的勃氏比表面积为350-400m2/kg。
3.根据权利要求1或2所述的抗裂型石灰石粉复合掺合料，其特征在于，所述石灰石粉中CaCO3的重量百分含量不低于85％。
4.根据权利要求1所述的抗裂型石灰石粉复合掺合料，其特征在于，所述粉煤灰为I级粉煤灰或II级粉煤灰。
5.根据权利要求1所述的抗裂型石灰石粉复合掺合料，其特征在于，所述聚丙烯纤维的单丝直径为25-35μm。
6.根据权利要求1或5所述的抗裂型石灰石粉复合掺合料，其特征在于，所述聚丙烯纤维的长径比大于35。
7.根据权利要求1或5所述的抗裂型石灰石粉复合掺合料，其特征在于，所述聚丙烯纤维的弹性模量大于35GPa。
8.根据权利要求1或5所述的抗裂型石灰石粉复合掺合料，其特征在于，所述聚丙烯纤维的断裂伸长率不小于20％。
9.根据权利要求1所述的抗裂型石灰石粉复合掺合料，其特征在于，所述三乙醇胺的有效成分大于80％。
10.权利要求1-9任一项所述的抗裂型石灰石粉复合掺合料的制备方法，其特征在于，将石灰石粉、粉煤灰、聚丙烯纤维和三乙醇胺混合，搅拌均匀后得到抗裂型石灰石粉复合掺合料。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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